Устройство для определения параметров колебаний элементов конструкции

 

Изобретение относится к области исследования динамических характеристик элементов конструкции при проведении виброиспытаний и может быть использовано для определения частот колебаний, добротности и ширины полосы пропускания резонансной характеристики элементов конструкций. Цель изобретения - повышение информативности, достигается благодаря тому, что устройство содержит блок развертки частоты, задающий генератор, регулятор амплитуды, усилитель мощности, вибростенд, вибропреобразователи, согласующие усилители, фазовый детектор, нуль-орган, преобразователь частота-напряжение, ключи, усилители с регулирующими коэффициентами усиления, блок памяти, сумматор, коммутатор, триггеры, дешифратор, регистратор, усилители с регулируемыми коэффициентами усиления, второй сумматор, блок умножения, источник единичного напряжения, измеритель отношения напряжений. 1 ил.

Изобретение относится к области исследования динамических характеристик элементов конструкции при проведении виброиспытания и может быть использовано для определения частот колебаний, добротности и ширины полосы пропускания резонансной характеристики элементов конструкции.

Наиболее близким к предложенному устройству по технической сущности и достигаемому результату является устройство для определения параметров колебаний элементов конструкции, содержащее последовательно соединенные блок развертки частоты, генератор, регулятор амплитуды, усилитель мощности, вибростенд с установленным на нем испытуемым объектом и установленными на вибростенде и на объекте вибропреобразователями, двумя согласующими усилителями и индикатором, входами подключенным к выходам соответствующих согласующих усилителей, входы последних соединены с выходами соответствующих вибропреобразователей, преобразователь, входом подключенный к выходу первого согласующего усилителя, выходом - к второму входу регулятора амплитуды, преобразователь частота-напряжение, блок памяти, регистратор, причем выход блока памяти подключен к входу сумматора, выход которого подключен к входу регистратора, в качестве индикатора включен фазовый детектор.

Устройство также снабжено нуль-органом, двумя ключами, двумя усилителями с регулируемыми коэффициентами усиления, коммутатором, двумя триггерами, дешифратором, двумя элементами задержки, причем выход преобразователя частота-напряжение через последовательно соединенные второй ключ и второй усилитель с регулируемым коэффициентом усиления подключен к суммирующему входу сумматора, а через последовательно соединенные первый ключ и первый усилитель с регулируемым коэффициентом усиления - к входу блока памяти, выход которого подключен к вычитающему входу сумматора, выход фазового детектора через нуль-орган подключен к входу коммутатора, первый выход которого подключен к управляющему входу первого ключа и входу "Запись" блока памяти непосредственно, а через второй элемент задержки - к единичному входу первого триггера, второй выход коммутатора подключен к управляющему входу второго ключа и вход "Чтение" блока памяти непосредственно, а через первый элемент задержки - к нулевому входу первого триггера, объединенному с нулевым входом второго триггера, единичный вход которого подключен к входу "Пуск" устройства, единичные выходы первого и второго триггеров подключены к входам дешифратора, первый выход которого подключен к первому управляющему входу коммутатора и первому входу блока развертки частоты, второй выход дешифратора подключен к второму входу коммутатора и второму входу блока развертки частоты, третий и четвертый усилители с регулируемыми коэффициентами усиления, второй сумматор и блок умножения, причем выходы блока памяти и второго усилителя через третий и четвертый усилители с регулируемыми коэффициентами усиления соответственно подключены к суммирующему и вычитающим входам второго сумматора, выход которого подключен к второму входу блока умножения, первый вход которого подключен к выходу первого сумматора, а выход блока умножения подключен к второму входу регистратора.

Недостатком устройства являются его ограниченные функциональные возможности, обусловленные отсутствием возможности определения ширины полосы пропускания резонансной характеристики элементов конструкции.

Целью изобретения является повышение информативности.

Это достигается тем, что устройство снабжено измерителем отношения напряжений и подключенным к нему источником одиночного напряжения, вход которого подключен к входу "Делимое" измерителя отношения напряжений, вход "Делитель" которого подключен к выходу второго сумматора, а выход - к третьему входу регистратора.

Введенные новые элементы и функциональные связи приводят к тому, что одновременно с регистрацией резонансной частоты и добротности резонансной характеристики происходит регистрация ширины полосы пропускания резонансной характеристики, что способствует повышению информативности устройства.

На чертеже приведена структурная схема устройства для определения параметров колебаний элементов конструкции.

Устройство содержит блок развертки частоты, задающий генератор 2, регулятор 3 амплитуды, усилитель 4 мощности, вибростенд 5 с установленным на нем испытуемым объектом 6, вибропреобразователи 7 и 8, согласующие усилители 9 и 10, фазовый детектор 11, блок 12 обратной связи, нуль-орган 13, преобразователь 14 частота-напряжение, ключи 15, 16, первый и второй усилители 17, 18 соответственно с регулируемыми коэффициентами усиления, блок 19 памяти, сумматор 20, коммутатор 21, триггеры 22, 23, дешифратор 24, элементы задержки 25, 26, регистратор 27, вход "Пуск" 28, третий и четвертый усилители 29, 30 с регулируемыми коэффициентами усиления соответственно, второй сумматор 31, блок 32 умножения, источник 33 единичного напряжения, измеритель 34 отношения напряжений.

Блоки устройства соединены следующим образом.

Выход блока 1 развертки частоты подключен к управляющему входу задающего генератора 2, выход которого через последовательно соединенные регулятор 3 амплитуды и усилитель 4 мощности подключен к катушке возбуждения (на чертеже не показана) вибростенда 5 с установленным на нем объектом 6. На вибростенде 5 и объекте 6 установлены вибропреобразователи 7 и 8 соответственно, подключенные выходами к входам согласующих усилителей 9 и 10 соответственно, выходы которых подключены к входам фазового детектора 11.

Выход согласующего усилителя 9 через блок 12 обратной связи подключен к управляющему входу регулятора 3 амплитуды. Выход согласующего усилителя 10 подключен также к входу преобразователя 14 частота-напряжение, выход которого подключен через последовательно соединенные ключ 16 и усилитель 18 к суммирующему входу сумматора 20, а к его вычитающему входу - через последовательно соединенные ключ 15, блок 19 памяти и усилитель 17. Выход сумматора 20 подключен к входу регистратора 27 и входу блока 32 умножения, второй вход которого подключен к выходу второго сумматора 31, суммирующий и вычитающий входы которого подключены через третий и четвертый усилители 29,30 соответственно к входу блока 19 памяти и входу второго усилителя 18. Выход блока 32 умножения подключен к второму входу регистратора 27. Выход источника 33 единичного напряжения подключен к входу "Делимое" измерителя 34 отношения напряжений, вход "Делитель" которого подключен к выходу второго сумматора 31, а выход - к третьему входу регистратора 27.

Устройство работает следующим образом.

Возбуждают объект 6 колебаниями с изменяющейся с постоянной скоростью частотой, устанавливаемой сигналом с выхода коммутатора 21 по первому входу блока 1 развертки частоты, измеряя при этом сдвиг фаз между возбуждающими колебаниями и колебаниями объекта 6, которые преобразуются вибропреобразователями 7,8 в сигналы, которые через усилители 9,10 соответственно поступают на входы фазового детектора 11. При совпадении частоты ω₁ возбуждения с резонансной частотой ω₀объекта 6 разность фаз сигналов на входах детектора 11 будет равна π /2, а сигнал на его выходе будет равен нулю. На выходе нуль-органа 13 при этом появится импульсный сигнал, который через коммутатор 21 поступит на управляющий вход ключа 15. При этом в блок 19 памяти вводится напряжение, пропорциональное значению частоты ω₁ . Вначале производится сканирование со скоростью V₁, а после срабатывания нуль-органа 13 - со скоростью V₂. Сигнал с блока 19 памяти алгебраически суммируется в сумматоре 20 с сигналом с выхода усилителя 18 в момент срабатывания нуль-органа 13, а результат, пропорциональный величине ω₀= регистрируется регистратором 27. Зная частоты ω₁,ω₂ , на которых вынужденные колебания элементов конструкции отстают от задающих на π /2 при скоростях сканирования частоты возбуждения V₁ и V₂соответственно, можно определить добротность Q резонансной характеристики элементов конструкции на основании выражения: Q = × Сигналы с выхода блока 19 памяти и входа второго усилителя 18 (пропорциональные ω₁иω₂ ) поступают через третий и четвертый усилители 29,30 на суммирующий и вычитающий входы второго сумматора 31. Коэффициенты передачи усилителей 29,30 устанавливают равными , соответственно. Сигнал с выхода сумматора 31 поступает на второй выход блока 32 умножения, в результате чего на выходе блока 32 умножения формируется сигнал, пропорциональный значению Q, который поступает на второй вход регистратора 27. При этом на выходах дешифратора 24 установлена кодовая комбинация 00, на выходах дешифратора 24 сигналы равны нулю, блок 1 развертки устанавливает частоту задающего генератора 2 равной ее первоначальному значению. В этот момент развертка частоты отключена. Устройство установлено в исходное состояние до прихода импульса на вход 28 "Пуск".

Зная величину Q и ω_o , можно определить ширину полосы пропускания 2Δωрезонансной характеристики, используя соотношение Q = 1 или 2Δω = = = Сигнал с выхода сумматора 31 поступает на вход "Делитель" измерителя 34 отношения напряжений, на вход "Делимое" которого поступает сигнал с выхода источника 33 единичного напряжения, в результате чего на выходе измерителя 34 отношения напряжений формируется сигнал, пропорциональный значению 2Δω, который поступает на третий вход регистратора 27.

Таким образом, при помощи предложенного устройства можно определять кроме резонансной частоты и добротности резонансной характеристики, также и ширину полосы пропускания, что повышает информативность устройства.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ КОЛЕБАНИЙ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ, содержащее последовательно соединенные задающий генератор, регулятор амплитуды, усилитель мощности и вибростенд, последовательно соединенные вибропреобразователь, согласующий усилитель, фазовый детектор, нуль-орган, коммутатор, первый ключ, первый усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, блок памяти, первый сумматор и регистратор, последовательно соединенные второй вибропреобразователь, второй согласующий усилитель, преобразователь частота - напряжение, второй ключ и второй усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, выход которого подключен к второму входу первого сумматора, блок обратной связи, включенный между выходом первого согласующего усилителя и регулирующим входом регулятора амплитуды, последовательно соединенные второй сумматор и блок умножения, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора, а выход - с вторым входом регистратора, третий и четвертый усилители с регулируемыми коэффициентами усиления, выходы которых соединены с входами второго сумматора, вход третьего усилителя соединен с выходом блока памяти, а вход четвертого усилителя - с выходом второго усилителя, первый и второй триггеры, дешифратор, к входам которого подключены выходы триггеров, блок развертки частоты, выход которого соединен с задающим генератором, выходы дешифратора соединены с входами коммутатора и блока развертки частоты, а выходы коммутатора - с входами второго ключа блока памяти и через первый и второй элементы задержки с соответствующими входами первого и второго триггеров, один из входов второго триггера является входом "Пуск" устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения информативности, оно снабжено измерителем отношения напряжений и подключенным к нему источником одиночного напряжения, вход которого подключен к входу "Делимое" измерителя отношения напряжений, вход "Делитель" которого подключен к выходу второго сумматора, а выход - к третьему входу регистратора.

РИСУНКИ

Рисунок 1